新能源技術_2015

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1、新能源技術袁芳能源與動力工程學院工程熱物理系RenewableEnergyTechnology2021/7/312能源科學能源技術：研究各種能源的開發(fā)、生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、儲存和綜合利用。研究目的：1.提高現(xiàn)有能源的利用效率2.尋找新的能源及其利用方式研究再生能源技術的目標：尋找實現(xiàn)能量的高效率低成本的轉(zhuǎn)換技術2021/7/313本課程主要內(nèi)容風能利用技術核能利用技術氫能利用技術太陽能利用技術海洋能利用技術地熱能利用技術生物質(zhì)能利用技術2021/7/314補充基礎知識：傳熱學、流體力學、熱力學、半導體物理、電化學反應基礎相關專業(yè)：能源、電氣、材料、交通、物理、化學、建筑、光電、……202

2、1/7/315§1.太陽能基礎知識§2.太陽能的熱利用§3.太陽能的熱發(fā)電§4.太陽能光伏發(fā)電§5.太陽能熱氣流發(fā)電太陽能利用技術TechnologyofSolarEnergyUtilization2021/7/316§1.太陽能基礎知識§1-1.熱輻射的基本概念§1-2.太陽能的基本概念2021/7/317太陽基本參數(shù)日地距離約：1.5×108km。從地球上望：太陽的張角0.0093弧度。太陽直徑：1.4×106km(地球的109倍)太陽體積：地球體積的1302500倍太陽質(zhì)量：1.99×1030kg(地球的33萬倍)平均密度：1.4×103kg/m3(地球的0.25倍)太陽溫

3、度:5770℃(表面)1560萬℃(核心)總輻射功率:3.83×1026J/s太陽年齡:約50億年§1-2.太陽能的基本概念2021/7/318太陽能太陽能是一種清潔的可再生能源。從廣義上講：太陽能不僅包括直接投射到地球表面的輻射能，還包括像生物質(zhì)能、水能、風能、海浪能等同樣起源于太陽輻射的間接的太陽能量；而且像現(xiàn)在廣泛使用的石油、天然氣和煤炭等化石能源，也都是古代太陽能資源的產(chǎn)物。從狹義上講：太陽能指的是直接投射到地球表面的太陽輻射能?？稍偕茉醇夹g領域講述的太陽能指的是狹義的太陽能。太陽能兩個主要缺點：一是能流密度低；二是能流波動大。2021/7/319太陽構造內(nèi)部大氣內(nèi)核中

4、介層對流層光球?qū)由驅(qū)尤彰釋?~0.23R，T=4×107K，P=3×1014Pa，?=1×105kg/m3，物質(zhì)處于等離子體狀態(tài)，熱核反應，產(chǎn)生能量占太陽產(chǎn)生能量的90%。0.23R~0.7R，輻射輸能區(qū)，T=1.3×105K，?=79kg/m3。0.7R~1R，T=6000K，?=1kg/m3。肉眼所見太陽表面，T=6000K，?=10-3kg/m3，厚度500km，由強烈電離的氣體組成，能吸收和發(fā)射連續(xù)的輻射光譜，太陽能的絕大部分能量由此輻射到天空。厚度約1×104~1.5×104km，大部分由氫和氦組成。溫度為5000K，?=10-5kg/m3。有時出現(xiàn)極猛烈的日焰，此時

5、太陽輻射量最大，有些太陽上的電子流到太空，形成太陽風，打擊到地球大氣層上緣，產(chǎn)生磁暴和極光。伸入太空的銀白色日冕，溫度1×106K，高度達幾十個太陽半徑2021/7/3110太陽輻射能太陽物質(zhì)組成：氫占78.4%，氦占19.8%，金屬和其他元素占1.8%。兩種熱核反應：質(zhì)子-質(zhì)子循環(huán)，碳-氦循環(huán)。太陽輻射功率：3.74×1026W，相當于每秒鐘燃燒1.28×1015噸標煤放出的能量。太陽輻射波長范圍：自0.1nm以下的宇宙射線~無線電波。太陽輻射具有波動性和粒子性。2021/7/3111太陽常數(shù)太陽本身的活動會引起太陽輻射強度發(fā)生波動。觀測表明，太陽活動峰值年比太陽活動寧靜年的輻

6、射量大2.5%。在一般的太陽輻射計算中，可近似認為太陽輻射穩(wěn)定，在地球大氣層外的太陽輻射強度為一個常數(shù)。太陽常數(shù)：指在平均日地距離，垂直于太陽輻射的大氣外層平面上，單位時間、單位面積上所接受的太陽輻射能，單位為W/m2。太陽常數(shù)取值：1357W/m2。具有平均值意義2021/7/3112大氣層外太陽輻射強度計算大氣層外，單位時間、單位垂直面積上所接受到的太陽輻射能I隨地球與太陽的距離而變化。計算方法：D為日地距離；D0為日地平均距離；Ic為太陽常數(shù)；n為從元旦算起的天數(shù)。2021/7/3113大氣質(zhì)量設A為地球表面海平面上的一點，當太陽在天頂位置S時，太陽垂直入射，太陽輻射穿過大

7、氣層到達A點的路徑OA。當太陽位于任一位置S’時，其穿過大氣層到達A點的路徑為OA’。大氣質(zhì)量定義為兩者之比：設定在1atm和0℃，海平面上太陽垂直入射，此時大氣質(zhì)量AM=1，簡稱AM1。2021/7/3114太陽高度角太陽高度角：定義為太陽輻射到達海平面A點的入射線和海平面A點切線方向的夾角h，則有：當h=90°時，AM=1；當h=30°時，AM=2。2021/7/3115太陽輻射強度太陽輻射強度I：定義為單位時間地球表面上單位面積上所入射的太陽輻射功率，單位為W/m2。I0為